Nguồn gốc sự sống: sự sống đã bắt đầu với ADN hay ARN?
Trước khi có sự sống, axit ribonucleic (ARN) đã cai trị “món súp” nguyên thủy, hay theo như cách chúng ta gọi ngày nay, là giả thuyết về Thế giới ARN. Nhưng có vẻ như chúng ta đã quá vội vàng khi gạt đi vai trò người anh em phức tạp hơn của ARN, axit deoxyribonucleic (ADN).
Các nhà hóa học từ Anh và Mỹ đã nói về cơ chế để cả hai phân tử có thể hình thành trong điều kiện (mà chúng ta vẫn giả thuyết) trên Trái đất cổ đại. Khám phá này có thể khiến giới khoa học phải suy nghĩ lại về cách khởi nguồn sự sống.
Sự sống trên Trái Đất nhiều khả năng đã bắt đầu từ những vực nước nóng, chứa những hợp chất tiền sinh học, cái mà người ta gọi là “món súp nguyên thủy”.
Những giả thuyết trước đó về nguồn gốc sự sống
Dựa trên một nghiên cứu trước đó, đã chứng minh phương pháp hình thành chuỗi axit nucleic trong môi trường tiền sinh học, nhóm nghiên cứu đã cho biết ARN có thể được chuyển đổi thành các thành phần của phân tử ADN trong một vài bước dễ dàng – mà không cần enzyme.
“Những phát hiện mới này cho thấy có thể không hợp lý khi các nhà hóa học được hướng dẫn một cách giáo điều bởi giả thuyết Thế giới ARN khi điều tra nguồn gốc của sự sống trên Trái đất”, Ramanarayanan Krishnamurthy từ Viện nghiên cứu Scripps có trụ sở tại Hoa Kỳ cho biết.
Trong gần nửa thế kỷ, các nhà sinh học đã có được niềm tin vào các mô hình cho rằng bộ máy hóa học tạo nên các tế bào đầu tiên có gốc rễ từ các phản ứng hóa học dựa trên ARN.
Cấu trúc đơn giản mà đa năng của ARN lại cho nó một lợi thế trong các giả thuyết cho thấy các phản ứng sinh hóa đầu tiên chủ yếu được chi phối bởi một phân tử đa năng duy nhất.
Không chỉ có thể thực hiện một công việc hoàn chỉnh, cả tạo khuôn và tổng hợp, các nhà hóa học đang tìm ra nhiều phương pháp tiềm năng để tạo nên ARN bằng cách sử dụng các hợp chất hữu cơ đơn giản.
Nghe có vẻ thuyết phục như vậy, nhưng giả thuyết Thế giới ARN không phải là con ngựa duy nhất trong cuộc đua. Các protein cũng có thể tự mình tạo ra các bản sao.
Mặc dù giả thuyết về Thế giới ARN là một trong những giả thuyết được chấp nhận rộng rãi hiện nay về nguồn gốc sự sống nguyên thủy, chúng ta vẫn không ngừng nghi ngờ chừng nào vẫn còn những giả thuyết khác.
Một giả thuyết chưa được chấp nhận rộng rãi
Mặc dù không có cách đơn giản để tổng hợp ADN từ các tiền chất đơn giản, một số ít nhà nghiên cứu vẫn bảo vệ cho vai trò của ADN trong các phản ứng nguyên thủy của sự sống.
Krishnamurthy và các cộng sự của ông đã nghi ngờ rằng câu chuyện Thế giới ARN có lẽ rộng hơn một chút so với lần đầu tiên được đề xuất. Việc tiến hóa các hệ thống ARN thuần túy thành các hệ thống sử dụng ADN có thể sẽ cần một khoảng thời gian chuyển giao trong đó cả hai phân tử cùng thực hiện các nhiệm vụ tạo khuôn tương tự nhau.
Vài năm trước, các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng các phân tử lai như vậy không ổn định như các chuỗi ARN hay ADN tinh khiết. Điều này đặt ra một câu hỏi thú vị – tại sao các hỗn hợp lai lại tiến hóa từ các hỗn hợp thuần ARN vốn ổn định hơn?
Một câu trả lời là sự sống không bắt đầu với một thế giới ARN thuần túy, mà có lẽ là sự pha trộn không mấy hài hòa của hai phân tử đang cạnh tranh để giành lấy vai trò là phân tử lưu giữ thông tin, cho đến khi một hệ thống ADN tinh khiết chiến thắng.
“Có một sự mở mang trong nhận thức của chúng ta, rằng ARN và ADN có thể đã được trộn lẫn với nhau lúc ban đầu nhưng sau đó được phân ly khỏi nhau để tự thực hiện vai trò riêng theo cách tốt nhất”, ông Krishnamurthy nói.
Nhưng sự dồi dào của các phân tử ADN đến từ đâu? Giờ đây, Krishnamurthy đã có câu trả lời dưới dạng một hóa chất có lưu huỳnh gọi là thiouridine.
Vốn được coi là tiền thân của ARN, nhóm nghiên cứu đã chứng minh hợp chất này có khả năng phản ứng trong nhiều giai đoạn để tạo thành deoxyadenosine – bộ khung đường của phân tử ADN được nối với một trong những base của mã di truyền.
Ngoài ra, một quá trình tương tự có thể tạo ra họ hàng của nó, deoxyribose.
Như vậy, lập luận mới đây bảo vệ cho quan điểm ADN cũng đã có mặt trong quá trình tiến hóa tiền sinh học.
Dù vậy, việc chỉ ra một quá trình có thể xảy ra như thế nào không đồng nghĩa với việc chứng minh nó đã thực sự diễn ra.
Nhưng việc chúng ta biết rằng sẽ không mất nhiều thời gian để biến ARN thành ADN ít nhất cũng giúp nó [ADN] có một vị trí nhất định khi giải quyết một số vấn đề lớn liên quan đến giả thuyết Thế giới ARN.
Nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí Nature Chemistry.
Trích dẫn tham khảo
- Xu, J., Green, N. J., Gibard, C., Krishnamurthy, R., & Sutherland, J. D. (2019). Prebiotic phosphorylation of 2-thiouridine provides either nucleotides or DNA building blocks via photoreduction. Nature chemistry, 1.
